EP1837497A1 - Abgasnachbehandlungssystem umfassend einen Speicherkatalysator und einen Partikelfilter und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Systems - Google Patents

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EP1837497A1
EP1837497A1 EP06111594A EP06111594A EP1837497A1 EP 1837497 A1 EP1837497 A1 EP 1837497A1 EP 06111594 A EP06111594 A EP 06111594A EP 06111594 A EP06111594 A EP 06111594A EP 1837497 A1 EP1837497 A1 EP 1837497A1
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honeycomb filter
exhaust gas
filter
nitrogen oxides
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Brendan Carberry
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust aftertreatment system comprising a storage catalytic converter and a particle filter for after treatment of the exhaust gas of an internal combustion engine, which flows through the exhaust aftertreatment system substantially in the direction of its longitudinal axis, wherein the storage catalytic converter for storing and reducing the nitrogen oxides (NO x ) and exhaust gas in the exhaust gas Collecting and burning the soot particles located in the exhaust gas are integrally formed as a structural unit, wherein the particulate filter is a honeycomb filter and this honeycomb filter also serves as a carrier substrate for forming the storage catalyst.
  • the invention relates to a method for producing such an exhaust aftertreatment system.
  • Thermal reactors attempt to achieve a substantial post-oxidation of HC and CO in the exhaust system by providing heat insulation and a sufficiently large volume in the exhaust pipe of the exhaust system.
  • the thermal insulation should ensure the highest possible temperature level by minimizing the heat losses, whereas a large exhaust pipe volume ensures a long residence time of the exhaust gases. Both the long residence time as well as the high temperature level support the desired post-oxidation.
  • the disadvantage is the poor efficiency in substoichiometric combustion and high costs. For diesel engines, thermal reactors are not effective because of the generally lower temperature level.
  • the nitrogen oxides NO x are reduced by means of the existing unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxides and the unburned hydrocarbons, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.
  • the nitrogen oxides located in the exhaust gas can by principle - d. H. due to the lack of reducing agents - can not be reduced.
  • an oxidation catalyst is provided in the exhaust system.
  • a certain operating temperature is required.
  • the so-called light-off temperature can be 120 ° C to 250 ° C.
  • selective catalysts - so-called SCR catalysts - are used, in which targeted reducing agents are introduced into the exhaust gas to selectively reduce the nitrogen oxides.
  • a reducing agent not only ammonia and urea but also unburned hydrocarbons are used.
  • the latter is also referred to as HC enrichment, the unburned hydrocarbons are introduced directly into the exhaust system or by internal engine measures, namely be supplied by a post injection of additional fuel into the combustion chamber after the actual combustion.
  • the nacheingespritzte fuel is not ignited in the combustion chamber by the still running main combustion or by - even after completion of the main combustion - high combustion gas temperatures, but are introduced during the charge exchange in the exhaust system.
  • the nitrogen oxide emissions can also be reduced with so-called nitric oxide storage catalysts (LNT - L ean N O x T rap).
  • the nitrogen oxides are first - during a lean operation of the internal combustion engine - absorbed in the catalytic converter, ie stored and stored, and then reduced during a regeneration phase, for example by means of a substoichiometric operation (for example, ⁇ ⁇ 0.95) of the internal combustion engine in deoxygenation (deNO x ) ,
  • Further internal engine options for realizing a rich ie a stoichiometric operation of the internal combustion engine provides the exhaust gas recirculation (EGR) and - in diesel engines - the throttling in the intake system.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • In-engine measures can be dispensed with if the reducing agent is introduced directly into the exhaust tract, for example by injecting additional fuel.
  • the nitrogen oxides are released and converted essentially into nitrogen dioxide (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O.
  • the frequency of the regeneration phases is determined by the total emission of nitrogen oxides and the storage capacity of the LNT.
  • the temperature of the storage catalyst (LNT) should preferably be in a temperature window between 200 ° C and 450 ° C, so that on the one hand a rapid reduction of nitrogen oxides is ensured and on the other hand no desorption takes place without converting the re-released nitrogen oxides, which is triggered by excessive temperatures can be.
  • a difficulty in the use and in particular in the arrangement of the LNT in the exhaust system results from the sulfur contained in the exhaust gas, which is also absorbed in the LNT and in a so-called desulfurization (deSO x ) ie a Desulphurization must be removed on a regular basis.
  • the LNT to high temperatures, usually between 600 ° C and 700 ° C, heated and supplied with a reducing agent, which in turn can be achieved by the transition to a rich operation of the internal combustion engine.
  • the higher the temperature of the LNT the more effectively the desulphurisation will take place, whereby a maximum permissible temperature should not be exceeded, because then the desulfurization of the LNT contributes to the thermal aging of the catalyst due to too high temperatures.
  • the desired conversion of the nitrogen oxides towards the end of the life of the catalyst is adversely affected, in particular, the storage capacity decreases due to thermal aging.
  • so-called regenerative particulate filters are used in the prior art, which filter the soot particles from the exhaust gas and store, these soot particles are intermittently burned during the regeneration of the filter (deSoot).
  • the intervals of the regeneration are determined, inter alia, by the exhaust backpressure, which occurs as a result of the increasing flow resistance of the filter due to the increasing particle mass in the filter.
  • the combustion of the particles can be effected by additional combustion burner provided in the exhaust duct or by a post-injection of additional fuel into the combustion chamber, the nacheingespritzte fuel is already ignited in the combustion chamber, resulting in the expiring main combustion or the present in the combustion chamber towards the end of the combustion high temperatures can happen, so that the exhaust gas temperature of the exhaust gases pushed into the exhaust tract is raised by the engine.
  • Disadvantages of this procedure are, in particular, the heat losses which are to be feared in the exhaust gas tract on the way to the filter and the associated temperature reduction of the hot ones Exhaust gases.
  • the filter can easily be located a meter and more away from the outlet of the combustion chamber in the exhaust system.
  • the compensation of the heat losses by the generation of correspondingly high exhaust gas temperatures are limited by the temperature resistance of other components provided in the exhaust system, in particular the temperature resistance of an exhaust gas turbine arranged in the exhaust gas turbocharger, a three-way catalyst or a storage catalyst.
  • the turbine is subjected to the highest temperatures, since it is located closest to the outlet of the combustion chamber.
  • the nacheingespritzte fuel can also be unburned and possibly already processed pushed out into the exhaust system and then selectively oxidized locally there in the exhaust system, where high exhaust gas temperatures are necessary, namely in the particulate filter or in its immediate vicinity.
  • the combustion of the post-injected fuel can be catalytically initiated by means of a catalyst positioned in front of the filter. But it can also be provided an electric ignition in or on the soot filter.
  • fuel can also be introduced directly into the exhaust gas tract.
  • the further procedure corresponds to that described above, in which the additionally injected fuel enters the exhaust system unburned and is specifically oxidized in the vicinity of the particle filter.
  • the present invention has, for example, a combined exhaust aftertreatment system, ie a system in which the storage catalytic converter for storing and reducing the nitrogen oxides (NO x ) present in the exhaust gas and the particle filter for collecting and burning the soot particles located in the exhaust gas are formed integrally, ie as a structural unit ,
  • the particle filter is a honeycomb filter and this honeycomb filter also serves as a carrier substrate for forming the storage catalyst.
  • the honeycomb filter is coated with a catalytic material which is suitable for storing and reducing the nitrogen oxides (NO x ) present in the exhaust gas.
  • Such a system is distinguished from conventional systems in which the particulate filter and the storage catalyst each form an independent component, by its compact design.
  • the number of carrier substrates can be halved, since the carrier substrate of the particulate filter is used simultaneously to form the storage catalyst.
  • the honeycomb filter serving as a particulate filter comprises a plurality of channels, which are generally mutually reciprocated. closed in the checkerboard pattern, so that the exhaust gas flows into the channels open at the inlet of the honeycomb filter and on the way to the outlet, the channel walls of these exit-closed channels must flow through in order to enter a channel which is open to the outlet of the honeycomb filter ( see also FIG. 1).
  • the pore diameters of the carrier substrate are so small that the soot particles do not penetrate into the filter material, but deposit themselves as filter cakes on the surface of the filter.
  • the current exhaust back pressure or the non-exceeding of a maximum allowable exhaust back pressure essentially form the relevant parameters by which it is decided whether or when a particulate filter regeneration is performed.
  • the storage catalytic converter is to be heated, for example, to the high temperatures required for the desulfurization between 600 ° C. and 700 ° C.
  • an inhomogeneous temperature distribution in the system is generally present during the heating of the system.
  • the temperature inside the honeycomb filter can already be 650 ° C, while in the outer regions of the filter temperatures around 550 ° C prevail.
  • the heating process could be continued until the temperature in the outer regions is sufficiently high for desulfurization.
  • the temperature inside the exhaust aftertreatment system would have to be raised to a level which would at least lead to the thermal deterioration of the honeycomb filter for thermal destruction. Therefore, the prior art dispenses with excessive heating of the system and instead accepts the decrease in storage capacity, especially in the outer regions.
  • the resulting inhomogeneous temperature distribution as a result of heating in the system also proves disadvantageous in terms of filter regeneration. If the filter is heated for the purpose of a filter regeneration, the temperature of about 550 ° C. required for the soot oxidation can already be present in the interior of the system, while the outer regions do not yet have a sufficiently high temperature for the regeneration. Consequently, the soot in the outer regions is not oxidized, the exhaust back pressure increases, and the storage capacity of the outer regions also decreases.
  • an exhaust aftertreatment system of the generic type d. H According to the preamble of claim 1, which is optimized with regard to the problems known from the prior art - inhomogeneous temperature distribution, thermal aging or damage, cost efficiency, pollutant conversion.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing such an exhaust aftertreatment system.
  • the first sub-task is solved by an exhaust aftertreatment system comprising a storage catalytic converter and a particle filter for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine, which flows through the exhaust aftertreatment system substantially in the direction of its longitudinal axis, wherein the storage catalytic converter for storing and reducing the nitrogen oxides (NO x ) and the particulate filter for collecting and burning the soot particles located in the exhaust gas are integrally formed as a structural unit, wherein the particulate filter is a honeycomb filter and this honeycomb filter serves as a carrier substrate for forming the storage catalyst, and which is characterized in that an inner to the longitudinal axis of Systems arranged portion of the honeycomb filter for storing and reducing the exhaust gases in the nitrogen oxides (NO x ) is coated with a catalytic material, whereas an outer portion of the honeycomb filter such Beschic does not have.
  • the exhaust aftertreatment system is not the entire honeycomb filter coated with catalytic material, but only an inner area, which is characterized, inter alia, that it can be heated more easily ie faster and with less effort than the outlying areas of the system.
  • Only the inner region of the honeycomb filter has a dual function as a particle filter and storage catalyst, whereas the outer region merely serves as a particle filter due to the lack of a catalytic coating.
  • the exhaust aftertreatment system according to the invention has further advantages resulting from the targeted coating of only the inner region and the deliberate omission of the coating in the outer region.
  • the storage capacity of the storage catalytic converter can be increased or the decrease in the storage capacity caused by the omission of the coating in the outer regions can be compensated for again.
  • the exhaust aftertreatment system according to the invention also allows a higher loading of the outer regions with soot or soot particles.
  • the first object of the invention is achieved, namely to provide a system according to the preamble of claim 1, which is in terms of known from the prior art problem - inhomogeneous temperature distribution, thermal aging or damage, cost efficiency, pollutant conversion - optimized.
  • the inner region and the outer region do not necessarily have to form a coherent filter volume in each case, but can be composed of a plurality of non-interconnected partial regions or partial volumes.
  • the outer region can be made up of two separate, i.e. be constructed not contiguous subvolume.
  • Embodiments of the exhaust gas aftertreatment system in which the honeycomb filter is provided with an additional coating at least in the outer region, which accelerates the ignition and / or the oxidation of the soot or the soot particles or reduces the ignition temperature for the regeneration of the filter are advantageous. especially the outer regions which, depending on the particular embodiment of the system, are heated to a greater or lesser extent than the inner region, ie reach a predetermined temperature with respect to the inner central region of the honeycomb filter with a time delay, benefit from a catalytic coating , which supports the regeneration of the particulate filter.
  • Embodiments of the exhaust aftertreatment system in which the honeycomb filter is of cylindrical shape and has an outer diameter D are advantageous.
  • a cylindrical shape of the honeycomb filter offers advantages in the heating, thereby advantages in the regeneration or cleaning and thus turn basically advantages in terms of pollutant conversion.
  • the cylindrical shape has proven to be particularly favorable to make a given system volume usable as effectively as possible.
  • Systems which have an oval cross-section have the advantages mentioned in a slightly attenuated form. However, in comparison to systems with polygonal, for example rectangular or square, cross sections, they again offer noticeable advantages with regard to the relevant and relevant temperature distribution within the system.
  • the decision as to whether a system having a cylindrical or oval cross section is used is also determined by the available installation space or the arrangement of the system, which is usually arranged below the floor of the motor vehicle.
  • Embodiments of the exhaust aftertreatment system in which the inner coated region forms a tubular section which has an outer diameter d ⁇ D and is surrounded by the outer uncoated region are advantageous.
  • the inner region must have a smaller outer diameter than the honeycomb filter.
  • the inner region is tubular and thus symmetrical to the longitudinal axis of the system. Assuming a temperature distribution at which the temperature assumes its maximum value in the center of the system ie on the longitudinal axis and decreases continuously towards the outer regions, an approximately equal local temperature prevails over the entire circumference at the transition from the inner region to the outer region.
  • the tubular formation of the inner region is fundamentally advantageous d.
  • H. an inner region arranged symmetrically about the longitudinal axis offers advantages in terms of temperature distribution, regardless of the specific outer shape of the honeycomb filter.
  • embodiments of the exhaust gas aftertreatment system in which the inner region has a shape similar to the honeycomb filter can also be advantageous.
  • embodiments of the system are advantageous in which d / D> 0.5 or d / D> 0.65, but also embodiments in which d / D> 0.85 applies.
  • the concrete ratio of the outer diameter D of the honeycomb filter to the outer diameter d of the inner region depends on the individual application and often results from the primary objective.
  • the outer range can be extended comparatively far by the ratio d / D being chosen as small as possible. This means that only a small portion of the surface of the honeycomb filter is coated with a catalytic material, which on the one hand reduces the flow resistance and on the other hand, the costs - by saving catalytic material - lowers.
  • the exhaust stream which flows through the outer region of the exhaust aftertreatment system, not freed or purified from nitrogen oxides due to the lack of coating.
  • nitrogen oxides are neither stored in lean operation, nor are nitrogen oxides reduced under oxygen deficiency in rich operation.
  • the nitrogen oxides can escape unhindered - after flowing through the outer area - in the environment or the environment.
  • the proportion of these nitrogen oxides in the total nitrogen oxide emission of the internal combustion engine increases in principle with increasing outer area. with a reduction of the ratio d / D to.
  • the definition of the size of the inner and the outer region thus also depends on the original emissions (engine-out emissions) of the internal combustion engine and the statutory requirements to be observed.
  • the carrier substrate is formed essentially of silicon carbide and / or cordierite. Investigations have shown that carrier substrates produced from these materials can be heated or heated comparatively quickly due to the low specific heat capacity, which is advantageous with regard to the required energy requirement for heating the system. In addition, the heat is distributed more rapidly in the honeycomb filter or in the carrier substrate, which is useful for the most homogeneous possible temperature distribution in the system. Both offer advantages in terms of efficient pollutant conversion.
  • Embodiments of the exhaust aftertreatment system in which the carrier substrate has a porosity of 50 to 70% are advantageous.
  • an oxidation catalyst in particular for the oxidation of the exhaust gas in the carbon monoxide (CO) and the unburned hydrocarbons (HC), is provided, which forms a four-way catalyst together with the system according to the invention.
  • An exhaust aftertreatment system for the oxidation of CO and HC not only reduces the emissions of incompletely or not oxidized pollutants, but leads due to the Exothermic reactions in the context of the oxidation to a heating of the exhaust gas and the exhaust gas aftertreatment components through which the exhaust gas flows.
  • Advantageous embodiments are those in which the oxidation catalyst and the system according to the invention are connected in series, wherein the oxidation catalyst is arranged upstream of the system.
  • This embodiment is advantageous with regard to the temperatures which are required for the reduction of the individual pollutants.
  • the three-way catalysts are to be counted in the context of the present invention to the oxidation catalysts.
  • the oxidation catalyst By providing the oxidation catalyst upstream of the system, the oxidation catalyst is the exhaust aftertreatment component located closest to the engine exhaust and first traversed by the hot exhaust gases. Consequently, the heat losses and the associated reduction in temperature of the hot exhaust gases on the way to the oxidation catalyst are comparatively low. Accordingly, the oxidation catalyst reaches its so-called light-off temperature of about 250 ° C even after a cold start within a relatively short period of time.
  • both the preferred operating temperature of the storage catalyst and the regeneration temperature of the particulate filter is above the light-off temperature of the oxidation catalyst, so that here an additional heating of the exhaust gases in the oxidation catalyst is expedient or beneficial.
  • Embodiments of the system in which an end section of predefinable length .DELTA.l of the honeycomb filter is uncoated are advantageous.
  • the exhaust gas carries ash, which deposits on the closed ends of the inlet channels of the honeycomb filter.
  • the growing ash deposit at the channel ends shortens the usable channel length increasingly and thus also the usable length of the honeycomb filter.
  • the ash-covered area of the honeycomb filter can neither be used as a particle filter nor as a storage catalyst.
  • the catalytic material layer applied here can only contribute to the conversion and reduction of pollutants because of ashing.
  • the coating is after deposition of ash without value for the aftertreatment of the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • Embodiments of the system are advantageous in which: ⁇ 1 / L> 0.75 or ⁇ 1 / L> 0.9.
  • the entire honeycomb filter not the entire honeycomb filter, but only a selected central region in the interior of the honeycomb filter is coated with a catalytic material for storing and reducing the nitrogen oxides.
  • Embodiments of the method in which the outer region of the honeycomb filter is provided with an additional coating which promotes the ignition and / or the oxidation of the soot or of the soot particles or reduces the ignition temperature for the regeneration of the filter are advantageous.
  • Embodiments of the method in which an end section of predefinable length ⁇ l of the honeycomb filter is not coated are advantageous. This takes into account the problem of ashing.
  • FIG. 1 schematically shows a perspective view of a honeycomb filter 4 according to the prior art.
  • the honeycomb filter 4 which serves as a particle filter and as a carrier substrate for the storage catalyst, comprises a plurality of channels 6, which alternately d. H. are closed in the checkerboard pattern, so that the exhaust gas flows into the open at the inlet 7 of the honeycomb filter 4 channels 6 and on the way to the outlet 8, the channel walls of these channels 8 closed to exit 8 must flow through to get into a channel 6, the to the outlet of the honeycomb filter 4 is open.
  • the sealed at the outlet 8 of the honeycomb filter 4 channel ends bear the reference numeral. 5
  • Figure 2a shows schematically a first embodiment of the system 1 in longitudinal section.
  • FIG. 2b shows this first embodiment in cross section.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine to be cleaned of pollutants enters the exhaust aftertreatment system 1 at the inlet 7, flows through it in the direction of the longitudinal axis 9 and leaves the system 1 again at the outlet 8.
  • the illustrated exhaust aftertreatment system 1 or system 1 has a honeycomb filter 4 - as illustrated in FIG. 1 - which acts as a particle filter 3 and at the same time serves as a carrier substrate for forming a storage catalytic converter 2.
  • the storage catalyst 2 for storing and reducing the nitrogen oxides (NO x ) present in the exhaust gas and the particle filter 3 for collecting and burning the soot particles located in the exhaust gas are integrally formed as a structural unit.
  • the outer region 12 acts only as a particle filter 3 due to the lack of catalytic coating. Desulfurization of the outer region 12 is therefore not more necessary because this area 12 is not used for storing and converting nitrogen oxides.
  • the flow resistance of the outer region 12 is comparatively low due to the lack of catalytic coating for forming a storage catalyst. This reduces the exhaust back pressure. Due to the lower flow resistance of the outer region 12 compared to the inner region 10, a larger part of the hot exhaust gases will flow through the outer region 12. This results in a much more homogeneous temperature distribution in the system 1, since in this way the areas 10,12 different amounts of heat - are supplied - according to need. The more difficult to heat outer regions 12 are occupied by a larger exhaust gas mass flow. The required for the ignition and the oxidation of the filter 3 high temperature of about 550 ° for the purpose of filter regeneration is achieved comparatively quickly.
  • the honeycomb filter 4 has a cylindrical shape, which offers advantages in the heating.
  • the inner coated portion 10 forms a tubular portion which is formed symmetrically to the longitudinal axis 9 of the system 1 and surrounded by the outer uncoated portion 12 and the outer diameter d is smaller than the outer diameter D of the honeycomb filter 4.
  • d / D 0.77.
  • Figure 3a shows schematically a second embodiment of the system 1 in cross section.
  • FIG. 3b shows this second embodiment in longitudinal section.
  • an end section 13 of predeterminable length .DELTA.1 of the honeycomb filter 4 is uncoated.
  • the ash carried by the exhaust gas deposits at the closed ends of the inlet channels of the honeycomb filter 4.
  • the growing ash deposit at the channel ends increasingly shortens the usable channel length and thus also the useful length of the honeycomb filter 4.
  • the ash-covered surface of the honeycomb filter 4 can be used neither for collecting soot particles nor for storing nitrogen oxides. An application of catalytic material in this asbestos-threatened area is therefore not useful.
  • FIG. 4a schematically shows a third embodiment of the system in cross section.
  • FIG. 4b shows this third embodiment in longitudinal section.
  • the embodiment shown in FIGS. 4 a and 4 b has a honeycomb filter 4 with a square cross section.
  • the inner region 10 also has a square cross-section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem (1) umfassend einen Speicherkatalysator (2) und einen Partikelfilter (3) zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, welches das Abgasnachbehandlungssystem (1) im wesentlichen in Richtung seiner Längsachse (9) durchströmt, bei dem der Speicherkatalysator (2) zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NO x ) und der Partikelfilter (3) zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel integral als bauliche Einheit ausgebildet sind, wobei der Partikelfilter (3) ein Wabenfilter (4) ist und dieser Wabenfilter (4) gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators (2) dient, wobei ein innerer, um die Längsachse (9) des Systems (1) angeordneter Bereich (10) des Wabenfilters (4) zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NO x ) mit einem katalytischen Material (11) beschichtet ist, wohingegen ein äußerer Bereich (12) des Wabenfilters (4) eine derartige Beschichtung nicht aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem umfassend einen Speicherkatalysator und einen Partikelfilter zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, welches das Abgasnachbehandlungssystem im wesentlichen in Richtung seiner Längsachse durchströmt, bei dem der Speicherkatalysator zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) und der Partikelfilter zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel integral als bauliche Einheit ausgebildet sind, wobei der Partikelfilter ein Wabenfilter ist und dieser Wabenfilter gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators dient.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems.
  • Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet. Zwar findet auch ohne zusätzliche Maßnahmen während der Expansion und des Ausschiebens der Zylinderfüllung bei einem ausreichenden hohen Temperaturniveau und dem Vorhandensein genügend großer Sauerstoffmengen eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) statt. Diese Reaktionen kommen aber aufgrund der stromabwärts schnell abnehmenden Abgastemperatur und der infolgedessen rapide sinkenden Reaktionsgeschwindigkeit schnell zum Erliegen. Eventueller Sauerstoffmangel kann durch eine Sekundärlufteinblasung kompensiert werden. Jedoch müssen in der Regel besondere Reaktoren und/oder Filter im Abgastrakt vorgesehen werden, um die Schadstoffemissionen unter sämtlichen Betriebsbedingungen spürbar zu reduzieren.
  • Thermische Reaktoren versuchen, eine weitgehende Nachoxidation von HC und CO im Abgassystem zu erzielen, indem eine Wärmeisolation und ein ausreichend großes Volumen im Abgasrohr des Abgassystems vorgesehen wird. Die Wärmeisolation soll ein möglichst hohes Temperaturniveau durch Minimierung der Wärmeverluste sicherstellen, wohingegen ein großes Abgasrohrvolumen eine lange Verweildauer der Abgase gewährleistet. Sowohl die lange Verweildauer als auch das hohe Temperaturniveau unterstützen die angestrebte Nachoxidation. Nachteilig ist der schlechte Wirkungsgrad bei unterstöchiometrischer Verbrennung und die hohen Kosten. Für Dieselmotoren sind thermische Reaktoren aufgrund des grundsätzlich niedrigeren Temperaturniveaus nicht zielführend.
  • Aus den genannten Gründen kommen nach dem Stand der Technik bei Ottomotoren katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, die die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide (NOx) reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegkatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ≈ 1) des Ottomotors erfordert.
  • Dabei werden die Stickoxide NOx mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.
  • Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, also beispielsweise im Magerbetrieb arbeitende Ottomotoren, insbesondere aber direkteinspritzende Dieselmotoren aber auch direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide prinzipbedingt - d. h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel - nicht reduziert werden.
  • Zur Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) wird ein Oxidationskatalysator im Abgassystem vorgesehen. Um eine ausreichende Konvertierung zu realisieren, ist eine gewisse Betriebstemperatur erforderlich. Die sogenannte Anspringtemperatur kann 120°C bis 250°C betragen.
  • Zur Reduzierung der Stickoxide werden selektive Katalysatoren - sogenannte SCR-Katalysatoren - eingesetzt, bei denen gezielt Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Als Reduktionsmittel kommen neben Ammoniak und Harnstoff auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Letzteres wird auch als HC-Anreicherung bezeichnet, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in den Abgastrakt eingebracht werden oder aber durch innermotorische Maßnahmen, nämlich durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum nach der eigentlichen Verbrennung, zugeführt werden. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die - auch nach Beendigung der Hauptverbrennung - hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels in den Abgastrakt eingeleitet werden.
  • Grundsätzlich können die Stickoxidemissionen auch mit sogenannten Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT - Lean NOx Trap) reduziert werden. Dabei werden die Stickoxide zunächst - während eines mageren Betriebs der Brennkraftmaschine - im Katalysator absorbiert d.h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (beispielsweise λ < 0,95) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden (deNOx).
  • Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Realisierung eines fetten d.h. eines unterstöchiometrischen Betriebs der Brennkraftmaschine bietet die Abgasrückführung (AGR) und - bei Dieselmotoren - die Drosselung im Ansaugtrakt. Auf innermotorische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn das Reduktionsmittel direkt in den Abgastrakt eingebracht wird, beispielsweise durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff. Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide freigegeben und im wesentlichen in Stickstoffdioxid (N2), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O umgewandelt. Die Häufigkeit der Regenerationsphasen wird durch die Gesamtemission an Stickoxiden und die Speicherkapazität des LNT bestimmt.
  • Die Temperatur des Speicherkatalysators (LNT) sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion der Stickoxide sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.
  • Eine Schwierigkeit bei der Verwendung und insbesondere bei der Anordnung des LNT im Abgastrakt ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls im LNT absorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten desulfurization (deSOx) d.h. einer Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der LNT auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700 °C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel versorgt werden, was wiederum durch den Übergang zu einem fetten Betrieb der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Je höher die Temperatur des LNT ist, desto effektiver läuft die Entschwefelung ab, wobei eine zulässige Höchsttemperatur nicht überschritten werden sollte, denn dann trägt die Entschwefelung des LNT infolge zu hoher Temperaturen maßgeblich zur thermischen Alterung des Katalysators bei. Dadurch wird die gewollte Konvertierung der Stickoxide gegen Ende der Lebensdauer des Katalysators nachteilig beeinflusst, wobei insbesondere die Speicherkapazität infolge thermischer Alterung abnimmt.
  • Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln werden nach dem Stand der Technik sogenannte regenerative Partikelfilter eingesetzt, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen der Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden (deSoot). Die Intervalle der Regeneration werden dabei unter anderem durch den Abgasgegendruck, der sich infolge des zunehmenden Strömungswiderstandes des Filters aufgrund der anwachsenden Partikelmasse im Filter einstellt, bestimmt.
  • Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen - etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung - werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
  • Die Verbrennung der Partikel kann dabei durch im Abgastrakt vorgesehene Zusatzbrenner erfolgen oder aber durch eine Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff bereits im Brennraum gezündet wird, was durch die auslaufende Hauptverbrennung oder die gegen Ende der Verbrennung im Brennraum vorliegenden hohen Temperaturen geschehen kann, so dass die Abgastemperatur der in den Abgastrakt ausgeschobenen Abgase innermotorisch angehoben wird. Nachteilig an dieser Vorgehensweise sind insbesondere die im Abgastrakt auf dem Weg zum Filter zu befürchtenden Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase. Der Filter kann ohne weiteres einen Meter und mehr vom Auslass des Brennraums entfernt im Abgastrakt angeordnet sein.
  • Der Kompensation der Wärmeverluste durch die Generierung entsprechend hoher Abgastemperaturen sind durch die Temperaturfestigkeit anderer im Abgasstrang vorgesehener Bauteile Grenzen gesetzt, insbesondere der Temperaturbeständigkeit einer im Abgassystem angeordneten Turbine eines Abgasturboladers, eines Dreiwegekatalysators oder eines Speicherkatalysators. Üblicherweise wird die Turbine mit den höchsten Temperaturen beaufschlagt, da sie am nächsten am Auslaß des Brennraums angeordnet ist.
  • Der nacheingespritzte Kraftstoff kann auch unverbrannt und gegebenenfalls schon aufbereitet in den Abgastrakt ausgeschoben werden und dann gezielt lokal dort im Abgassystem oxidiert werden, wo hohe Abgastemperaturen notwendig sind, nämlich im Partikelfilter bzw. in seiner unmittelbaren Nachbarschaft. Die Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffes kann katalytisch mittels eines vor dem Filter positionierten Katalysators initiiert werden. Es kann aber auch eine elektrische Zündung in bzw. an dem Rußfilter vorgesehen werden.
  • Ähnlich wie bereits für die Reduzierung der Stickoxide vorgeschlagen, kann auch Kraftstoff direkt in den Abgastrakt eingebracht werden. Die weitere Vorgehensweise entspricht der zuvor Beschriebenen, bei der der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff unverbrannt in das Abgassystem gelangt und gezielt in der Nachbarschaft des Partikelfilters oxidiert wird.
  • Es muss berücksichtigt werden, dass der Einsatz von zusätzlichem Kraftstoff, sei es aufgrund eines Überganges zu einem fetten Motorbetrieb oder aber infolge der Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff, prinzipbedingt den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst. Insbesondere die Häufigkeit, mit der der Partikelfilter regeneriert oder der LNT gereinigt wird, hat maßgeblichen und direkten Einfluss auf die zu diesen Zwecken eingesetzte Kraftstoffmenge und damit auf den Gesamtverbrauch.
  • Da sowohl die Abgase von Ottomotoren als auch die Abgase von Dieselmotoren - wenn auch in unterschiedlichen Mengen und Qualitäten - unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx) als auch Rußpartikel enthalten, kommen nach dem Stand der Technik in der Regel kombinierte Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Katalysatoren, Reaktoren und/oder Filter umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung hat beispielsweise ein kombiniertes Abgasnachbehandlungssystem d.h. ein System zum Gegenstand, bei dem der Speicherkatalysator zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) und der Partikelfilter zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel integral d.h. als bauliche Einheit ausgebildet sind. Der Partikelfilter ist ein Wabenfilter und dieser Wabenfilter dient gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators. Dabei wird der Wabenfilter mit einem katalytischen Material beschichtet, welches zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) geeignet ist.
  • Ein derartiges System zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Systemen, bei denen der Partikelfilter und der Speicherkatalysator jeweils ein eigenständiges Bauteil bilden, durch seine kompakte Bauweise aus. Zudem kann die Anzahl an Trägersubstraten halbiert werden, da das Trägersubstrat des Partikelfilters gleichzeitig zur Ausbildung des Speicherkatalysators herangezogen wird.
  • Die Nachteile des Systems ergeben sich teilweise aber auch aus der beschriebenen Doppelfunktion des Trägersubstrates. Der als Partikelfilter dienende Wabenfilter umfasst eine Vielzahl von Kanälen, die in der Regel wechselseitig d.h. im Schachbrettmuster verschlossen sind, so dass das Abgas in die am Einlass des Wabenfilters offenen Kanäle einströmt und auf dem Weg zum Auslass die Kanalwände dieser zum Austritt hin verschlossenen Kanäle durchströmen muss, um in einen Kanal zu gelangen der zum Auslass des Wabenfilters hin offen ist (siehe auch Figur 1). Bei Oberflächenfiltern sind die Porendurchmesser des Trägersubstrates so gering, dass die Rußpartikel nicht in das Filtermaterial eindringen, sondern sich als Filterkuchen auf der Oberfläche des Filters ablagern.
  • Mit der zunehmenden Ablagerung von Rußpartikeln nimmt der effektive zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt ab d. h. der Strömungswiderstand zu, weshalb mit zunehmender Beladung der Abgasgegendruck anwächst. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wird eine möglichst große Filteroberfläche angestrebt. Der momentane Abgasgegendruck bzw. das Nicht-Überschreiten eines maximal zulässigen Abgasgegendrucks bilden im wesentlichen die maßgeblichen Parameter, anhand derer entschieden wird, ob bzw. wann eine Partikelfilterregeneration durchgeführt wird.
  • Wird nun auf den - zuvor beschriebenen - Wabenfilter eine zusätzliche Beschichtung aus katalytischem Material zum Speichern und Reduzieren von Stickoxiden d.h. zur Ausbildung des Speicherkatalysators aufgetragen, erhöht sich der durch den Wabenfilter hervorgerufene Abgasgegendruck zusätzlich, weshalb zur Ausbildung eines Speicherkatalysators der in Rede stehenden Art weniger katalytisches Material verwendet wird als bei einem herkömmlichen Speicherkatalysator, dem nicht gleichzeitig die Aufgabe eines Partikelfilters im Rahmen einer Doppelfunktion zukommt. In der Regel wird weniger Material - beispielsweise ein Drittel weniger - zur Beschichtung eines Speicherkatalysators der gattungsbildenden Art eingesetzt, um den Abgasgegendruck im Vergleich zu herkömmlichen Speicherkatalysatoren nicht in unvorteilhafter Weise zu erhöhen. Dies bedeutet aber gleichzeitig, dass die Speicherkapazität des in Rede stehenden Katalysators proportional zur verwendeten Menge des katalytischen Materials abnimmt. Der Speicherkatalysator des gattungsbildenden Systems - gleiche Katalysatorvolumen vorausgesetzt - weist daher grundsätzlich den Nachteil einer verminderten Speicherkapazität auf.
  • Darüber hinaus erweist es sich als problematisch, eine einheitliche Temperatur über den gesamten Filter bzw. Katalysator zu erzielen, was sich insbesondere bei der Filterregeneration und Entschwefelung in nachteiliger Weise bemerkbar macht.
  • Soll der Speicherkatalysator beispielsweise auf die für die Entschwefelung notwendigen hohen Temperaturen zwischen 600°C und 700 °C erwärmt werden, liegt während der Aufheizung des Systems in der Regel eine inhomogene Temperaturverteilung im System vor. Dabei kann die Temperatur im Inneren des Wabenfilters bereits 650°C betragen, während in den außen liegenden Bereichen des Filters Temperaturen um 550°C herrschen.
  • Die für eine Entschwefelung zu niedrigen Temperaturen in den äußeren Bereichen des Systems bedingen, dass diese Bereiche des Speicherkatalysators nicht vom Schwefel gereinigt bzw. befreit werden, was zu einer Abnahme der Speicherfähigkeit dieser äußeren Bereiche und damit zu einer Abnahme der Speicherkapazität des LNT mit zunehmender Betriebsdauer bzw. mit zunehmendem Lebensalter führt. Kommt die Speicherkapazität der äußeren Bereiche vollständig zum Erliegen, durchströmen die Abgase diese äußeren Bereiche, ohne dass die im Abgas befindlichen Stickoxide gespeichert oder konvertiert werden.
  • Alternativ könnte der Aufheizvorgang solange fortgeführt werden bis die Temperatur in den äußeren Bereichen ausreichend hoch für eine Entschwefelung ist. Dafür müsste aber die Temperatur im Inneren des Abgasnachbehandlungssystems auf ein Niveau angehoben werden, welches zur thermischen Zerstörung mindestens aber zur thermischen Alterung des Wabenfilters führen würde. Daher wird nach dem Stand der Technik auf eine übermäßige Erwärmung des Systems verzichtet und stattdessen die Abnahme der Speicherkapazität, insbesondere in den äußeren Gebieten, in Kauf genommen.
  • Die sich infolge einer Erwärmung im System einstellende inhomogene Temperaturverteilung erweist sich auch hinsichtlich der Filterregeneration als nachteilig. Wird der Filter zum Zweck einer Filterregeneration erwärmt, kann die für die Rußoxidation erforderliche Temperatur von etwa 550°C im Inneren des Systems bereits vorliegen, während die äußeren Bereiche noch nicht eine für die Regeneration ausreichend hohe Temperatur aufweisen. Folglich wird der Ruß in den äußeren Bereichen nicht oxidiert, der Abgasgegendruck erhöht sich und die Speicherfähigkeit der äußeren Bereiche nimmt ebenfalls ab. Wird dann aber der Ruß, der sich in den äußeren Bereichen über einen längeren Zeitraum angesammelt hat, während einer Regeneration tatsächlich gezündet und verbrannt, beispielsweise ausgelöst durch die Einleitung eines Entschwefelungsprozesses, können lokal derart hohe Temperaturen auftreten, dass der Speicherkatalysator in den entsprechenden Bereichen thermisch überlastet bzw. zerstört wird.
  • Ein weiterer Effekt, der die Funktionsweise des Wabenfilters bzw. Systems nachteilig beeinflusst, resultiert aus den Aschebestandteilen, die das Abgas mit sich führt und welche sich im System bzw. Wabenfilter ablagern. Dabei lagert sich die Asche an den verschlossenen Enden der Eintrittskanäle des Wabenfilters ab, wo sich mit zunehmendem Lebensalter des Systems ein stetig anwachsendes Aschedepot aufbaut, das die effektiv nutzbare Kanallänge zunehmend und kontinuierlich vermindert, so dass auch in diesem Bereich die aufgetragene katalytische Materialschicht lediglich anfangs zur Konvertierung und Verminderung der Schadstoffe beiträgt, später aber ungenutzt bleibt. Dies ist insbesondere deshalb als nachteilig anzusehen, weil katalytische Materialien sehr kostenintensiv sind und diese Materialien bei der Herstellung eines Abgasnachbehandlungssystems einen entscheidenden Kostenfaktor darstellen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasnachbehandlungssystem der gattungsgemäßen Art d. h. gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, welches hinsichtlich der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik - inhomogene Temperaturverteilung, thermische Alterung bzw. Beschädigung, Kosteneffizienz, Schadstoffkonvertierung - optimiert ist.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems aufzuzeigen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem umfassend einen Speicherkatalysator und einen Partikelfilter zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, welches das Abgasnachbehandlungssystem im wesentlichen in Richtung seiner Längsachse durchströmt, bei dem der Speicherkatalysator zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) und der Partikelfilter zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel integral als bauliche Einheit ausgebildet sind, wobei der Partikelfilter ein Wabenfilter ist und dieser Wabenfilter gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators dient, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein innerer, um die Längsachse des Systems angeordneter Bereich des Wabenfilters zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) mit einem katalytischen Material beschichtet ist, wohingegen ein äußerer Bereich des Wabenfilters eine derartige Beschichtung nicht aufweist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem wird nicht der gesamte Wabenfilter mit katalytischem Material beschichtet, sondern nur ein innerer Bereich, der sich unter anderem dadurch auszeichnet, dass er leichter d. h. schneller und mit weniger Aufwand erhitzt werden kann als die außen gelegenen Bereiche des Systems. Nur dem inneren Bereich des Wabenfilters kommt eine Doppelfunktion als Partikelfilter und Speicherkatalysator zu, wohingegen der äußere Bereich aufgrund der fehlenden katalytischen Beschichtung lediglich als Partikelfilter dient.
  • Der aus dem Stand der Technik bekannte und weiter oben bereits erörterte Konflikt, nämlich einerseits die äußeren Bereiche - insbesondere im Rahmen einer Entschwefelung - auf die erforderlichen hohen Temperaturen aufheizen zu müssen, andererseits aber den inneren Bereich nicht zu überhitzen d. h. thermisch nicht zu überlasten, wird auf diese Weise eliminiert bzw. obsolet. Eine Entschwefelung der äußeren Bereiche ist nicht mehr erforderlich, da diese Bereiche nicht zum Speichern und Konvertieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) herangezogen werden.
  • Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem hat weitere Vorteile, die sich aus der gezielten Beschichtung nur des inneren Bereichs und dem bewussten Weglassen der Beschichtung im äußeren Bereich ergeben.
  • Dadurch, dass der äußere Bereich des Wabenfilters nicht beschichtet ist, nimmt der Strömungswiderstand der äußeren Bereiche des Wabenfilters ab, was grundsätzlich als vorteilhaft anzusehen ist, da der Abgasgegendruck ebenfalls sinkt. Zudem führt das eingesparte katalytische Material, welches nach dem Stand der Technik zur Beschichtung der äußeren Bereiche verwendet wird, zu einem Kostenvorteil gegenüber herkömmlichen Abgasnachbehandlungssystemen.
  • Aufgrund des geringeren Strömungswiderstands der äußeren Bereiche im Vergleich zum inneren Bereich wird ein größerer Teil der heißen Abgase die äußeren Bereiche beim Durchströmen des Wabenfilters passieren und ein kleinerer Abgasteilstrom durch den inneren Bereich strömen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich homogenere Temperaturverteilung im System während der Erwärmung des Systems mittels heißer Abgase, da den Bereichen unterschiedlich große Wärmemengen, die mit den Abgasmengen korrelieren, zugeführt werden. D.h. die äußeren Bereiche, welche - wie aus dem Stand der Technik bekannt - schwieriger zu erwärmen sind, werden mit einem größeren Abgasmassenstrom belegt bzw. beaufschlagt. Vorteile bietet dies insbesondere bei der Regeneration des Partikelfilters, weil die für die Zündung und Oxidation des Filters erforderliche hohe Temperatur von etwa 550° in sämtlichen Bereichen des Abgasnachbehandlungssystems vergleichsweise schnell erreicht wird.
  • Die Tatsache, dass die äußeren Bereiche für die Abgase - aufgrund der fehlenden katalytischen Beschichtung bzw. des geringeren Strömungswiderstandes - leichter zu passieren sind, kann auch dahingehend genutzt werden, im inneren Bereich des Systems mehr katalytisches Material aufzutragen d.h. eine stärkere bzw. dickere Beschichtung vorzusehen. Zwar erhöht sich damit der Strömungswiderstand des inneren Bereichs und damit der Strömungswiderstand des Gesamtsystems, womit der Vorteil eines geringeren Abgasgegendrucks zumindest teilweise wieder verloren geht. Durch diese Maßnahme kann die Speicherkapazität des Speicherkatalysators aber erhöht werden bzw. die durch Weglassen der Beschichtung in den äußeren Bereichen bedingte Abnahme der Speicherkapazität wieder kompensiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem gestattet zudem eine höhere Beladung der äußeren Bereiche mit Ruß bzw. Rußpartikeln.
  • Dadurch wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, welches hinsichtlich der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik - inhomogene Temperaturverteilung, thermische Alterung bzw. Beschädigung, Kosteneffizienz, Schadstoffkonvertierung - optimiert ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Anmeldung der innere Bereich und der äußere Bereich nicht zwangsläufig jeweils ein zusammenhängendes Filtervolumen bilden müssen, sondern sich aus mehreren, nicht miteinander verbundenen Teilbereichen bzw. Teilvolumina zusammensetzen können. Beispielsweise kann der äußere Bereich aus zwei getrennten d.h. nicht zusammenhängenden Teilvolumen aufgebaut sein. Im weiteren wird aber dennoch stets von einem inneren Bereich und einem äußeren Bereich die Rede sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems gemäß den Unteransprüchen werden im folgenden beschrieben und erläutert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen der Wabenfilter zumindest im äußeren Bereich mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen ist, welche die Zündung und/oder die Oxidation des Rußes bzw. der Rußpartikel beschleunigt bzw. die Zündtemperatur für die Regeneration des Filters herabsetzt. Insbesondere die äußeren Bereiche, die - in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausführungsform des Systems - im Vergleich zum inneren Bereich - mehr oder weniger stark - zeitverzögert erwärmt werden d.h. eine vorgegebene Temperatur gegenüber dem inneren zentralen Bereich des Wabenfilters mit einer zeitlichen Verzögerung erreichen, profitieren von einer katalytischen Beschichtung, welche die Regeneration des Partikelfilters unterstützt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen der Wabenfilter von zylinderförmiger Gestalt ist und einen Außendurchmesser D aufweist. Eine zylinderförmige Gestalt des Wabenfilters bietet Vorteile bei der Erwärmung, dadurch Vorteile bei der Regeneration bzw. Reinigung und damit wiederum grundsätzlich Vorteile hinsichtlich der Schadstoffkonvertierung. Die Zylinderform hat sich insbesondere dahingehend als günstig erwiesen, ein vorgegebenes Systemvolumen möglichst effektiv nutzbar zu machen. Systeme, welche einen ovalen Querschnitt aufweisen, verfügen über die genannten Vorteile in leicht abgeschwächter Form. Sie bieten aber im Vergleich zu Systemen mit polygonalen, beispielsweise rechteckförmigen bzw. quadratischen, Querschnitten wiederum spürbare Vorteile hinsichtlich der im Vordergrund der Betrachtungen stehenden und relevanten Temperaturverteilung innerhalb des Systems. Die Entscheidung, ob ein System mit einem zylinderförmigen oder ovalen Querschnitt zum Einsatz kommt, wird auch von dem zur Verfügung stehenden Bauraum bzw. der Anordnung des Systems, welches in der Regel unterhalb des Bodens des Kraftfahrzeuges angeordnet wird, mitbestimmt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen der innere beschichtete Bereich einen rohrförmigen Abschnitt bildet, der einen Außendurchmesser d < D aufweist und von dem äußeren unbeschichteten Bereich umgeben ist. Um einen äußeren Bereich auszubilden, muss der innere Bereich einen kleineren Außendurchmesser haben als der Wabenfilter.
  • Vorzugsweise wird der innere Bereich rohrförmig ausgebildet und damit symmetrisch zur Längsachse des Systems. Eine Temperaturverteilung vorrausgesetzt, bei der die Temperatur im Zentrum des Systems d.h. auf der Längsachse ihren maximalen Wert annimmt und zu den äußeren Bereichen hin kontinuierlich abnimmt, herrscht dann über den gesamten Umfang am Übergang vom inneren Bereich zum äußeren Bereich eine etwa gleichgroße lokale Temperatur.
  • Die Vorteile dieser Ausführungsform werden offenkundig, wenn berücksichtigt wird, dass der Übergang vom inneren Bereich zum äußeren Bereich die Grenze festlegt, an der die Beschichtung des Wabenfilters mit katalytischem Material endet, und zum Schutz dieser Beschichtung eine maximal zulässige Temperatur vorgegeben wird, die einzuhalten ist. Mittels der vorgeschlagenen Ausführungsform kann der gesamte innere Bereich an maximale Temperaturen herangeführt bzw. erwärmt werden.
  • Die rohrförmige Ausbildung des inneren Bereichs ist grundsätzlich vorteilhaft d. h. ein symmetrisch um die Längsachse angeordneter innerer Bereich bietet unabhängig von der spezifischen äußeren Gestalt des Wabenfilters Vorteile hinsichtlich der Temperaturverteilung.
  • Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems sein, bei denen der innere Bereich eine dem Wabenfilter ähnliche Gestalt aufweist d.h. der innere Bereich bei einem zylinderförmigen Wabenfilter rohrförmig bzw. zylinderförmig und bei einem Wabenfilter mit ovalem Querschnitt oval ausgebildet und gegebenenfalls entsprechend ausgerichtet ist.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Systems, bei denen gilt: d/D > 0,5 bzw. d/D > 0,65, aber auch Ausführungsformen bei denen gilt d/D > 0,85.
  • Das konkrete Verhältnis des Außendurchmessers D des Wabenfilters zu dem Außendurchmesser d des inneren Bereichs hängt vom einzelnen Anwendungsfall ab und ergibt sich häufig aus der vorrangigen Zielsetzung.
  • Steht eine Reduzierung des Abgasgegendrucks oder eine Senkung der Bauteilkosten im Vordergrund, kann der äußere Bereich vergleichsweise weit ausgedehnt werden, indem das Verhältnis d/D möglichst klein gewählt wird. Dies ist gleichbedeutend damit, dass nur ein geringer Anteil der Oberfläche des Wabenfilters mit einem katalytischen Material beschichtet wird, was zum einen den Strömungswiderstand mindert und zum anderen die Kosten - durch Einsparung von katalytischem Material - senkt.
  • Es ist aber auch zu berücksichtigen, dass der Abgasstrom, welcher den äußeren Bereich des Abgasnachbehandlungssystems durchströmt, aufgrund der fehlenden Beschichtung nicht von Stickoxiden befreit bzw. gereinigt wird. Im äußeren Bereich werden weder im mageren Betrieb Stickoxide gespeichert, noch im fetten Betrieb Stickoxide unter Sauerstoffmangel reduziert. Die Stickoxide können ungehindert - nach Durchströmen des äußeren Bereichs - in die Umgebung bzw. die Umwelt entweichen. Der Anteil dieser Stickoxide an der gesamten Stickoxid-Emission der Brennkraftmaschine nimmt prinzipbedingt mit größer werdendem äußeren Bereich d.h. mit einer Verkleinerung des Verhältnisses d/D zu.
  • Die Festlegung der Größe des inneren und des äußeren Bereichs hängt somit auch von den originären Emissionen (engine-out emissions) der Brennkraftmaschine und den einzuhaltenden gesetzlichen Vorschriften ab.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungsystems, bei denen das Trägersubstrat im wesentlichen aus Siliziumcarbid und/oder Cordierit ausgebildet ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass aus diesen Werkstoffen gefertigte Trägersubstrate aufgrund der niedrigen spezifischen Wärmekapazität vergleichsweise schnell aufgeheizt bzw. erwärmt werden können, was vorteilhaft ist hinsichtlich des erforderlichen Energiebedarfs zum Aufheizen des Systems. Zudem verteilt sich die Wärme schneller im Wabenfilter bzw. im Trägersubstrat, was einer möglichst homogenen Temperaturverteilung im System dienlich ist. Beides bietet grundsätzlich Vorteile hinsichtlich einer effizienten Schadstoffkonvertierung.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen das Trägersubstrat eine Porosität von 50 bis 70% aufweist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Abgasnachbehandlungssystems, bei denen ein Oxidationskatalysator, insbesondere zur Oxidation des im Abgas befindlichen Kohlenmonoxides (CO) und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC), vorgesehen ist, der zusammen mit dem erfindungsgemäßen System einen Vier-Wege-Katalysator bildet.
  • Ein Abgasnachbehandlungssystem zur Oxidation von CO und HC vermindert nicht nur die Emissionen der unvollständig oder gar nicht oxidierten Schadstoffe, sondern führt infolge der exothermen Reaktionen im Rahmen der Oxidation zu einer Erwärmung des Abgases und der vom Abgas durchströmten Abgasnachbehandlungskomponenten.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Oxidationskatalysator und das erfindungsgemäße System in Reihe geschaltet sind, wobei der Oxidationskatalysator stromaufwärts des Systems angeordnet ist.
  • Günstig ist diese Ausführungsform hinsichtlich der Temperaturen, welche für die Reduzierung der einzelnen Schadstoffe erforderlich sind.
  • Sowohl die für Dieselmotoren verwendeten Oxidationskatalysatoren als auch die bei Ottomotoren eingesetzten Drei-Wege-Katalysatoren benötigen eine bestimmte Betriebstemperatur, um die Schadstoffe in ausreichendem Maße zu konvertieren und die Schadstoffemissionen spürbar zu reduzieren. Die Drei-Wege-Katalysatoren sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu den Oxidationskatalysatoren gezählt werden.
  • Dadurch, dass der Oxidationskatalysator stromaufwärts des Systems vorgesehen wird, ist der Oxidationskatalysator die Abgasnachbehandlungskomponente, die am nächsten am Auslass der Brennkraftmaschine angeordnet ist und zuerst von den heißen Abgasen durchströmt wird. Folglich sind die Wärmeverluste und die damit verbundene Temperaturabsenkung der heißen Abgase auf dem Weg zum Oxidationskatalysator vergleichsweise gering. Dementsprechend erreicht der Oxidationskatalysator seine sogenannte Anspringtemperatur von etwa 250°C auch nach einem Kaltstart innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne.
  • Die im Oxidationskatalysator ablaufenden exothermen Reaktionen bewirken eine Erwärmung des hindurchströmenden Abgases und damit eine Erwärmung der nachgeschalteten d.h. stromabwärts des Katalysators angeordneten Abgasnachbehandlungssysteme, was für die diesen Komponenten zugewiesenen Aufgaben vorteilhaft ist. So liegt sowohl die bevorzugte Betriebstemperatur des Speicherkatalysators als auch die Regenerationstemperatur des Partikelfilters oberhalb der Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators, so dass hier eine zusätzliche Erwärmung der Abgase im Oxidationskatalysator zielführend bzw. förderlich ist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Systems, bei denen ein Endabschnitt vorgebbarer Länge Δl des Wabenfilters unbeschichtet ist.
  • Wie bereits in der Einleitung weiter oben ausgeführt wurde, führt das Abgas Asche mit sich, die sich an den verschlossenen Enden der Eintrittskanäle des Wabenfilters ablagert. Das anwachsende Aschedepot an den Kanalenden verkürzt die nutzbare Kanallänge zunehmend und damit auch die nutzbare Länge des Wabenfilters. Der mit Asche belegte Bereich des Wabenfilters kann weder als Partikelfilter noch als Speicherkatalysator genutzt werden. Die hier aufgetragene katalytische Materialschicht kann infolge Veraschung nur kurzweilig zur Konvertierung und Verminderung der Schadstoffe beitragen.
  • Nachteilig ist - neben der Verminderung der Speicherkapazität des Systems infolge Veraschung - insbesondere, dass die katalytischen Materialien zur Ausbildung des Speicherkatalysators - wie bereits erwähnt - sehr kostenintensiv sind und aufgrund der Ablagerung von Asche an den verschlossenen Kanalenden in diesen Bereichen nur von begrenztem Nutzen sind d.h. die Beschichtung ist nach Ablagerung von Asche ohne Wert für die Nachbehandlung der Abgase der Brennkraftmaschine.
  • Aus den genannten Gründen wird es als zielführend angesehen, die von Ascheablagerung bedrohten Bereiche des Wabenfilters nicht mit einem katalytischen Material zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) zu beschichten. Folglich sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen ein Endabschnitt vorgebbarer Länge Δl des Wabenfilters unbeschichtet bleibt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Systems, bei denen gilt: Δ1 /L > 0,75 bzw. Δ1 /L > 0,9.
  • Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem
    • ■ als Partikelfilter ein Wabenfilter eingesetzt wird,
    • ■ dieser Wabenfilter als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators verwendet wird, wobei
    • ■ ein innerer, um die Längsachse des Systems angeordneter Bereich des Wabenfilters zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) mit einem katalytischen Material beschichtet wird, wohingegen ein äußerer Bereich des Wabenfilters unbeschichtet bleibt.
  • Das bereits für das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Erfindungsgemäß wird nicht der gesamte Wabenfilter, sondern nur ein ausgesuchter zentraler Bereich im Innern des Wabenfilters mit einem katalytischen Material zum Speichern und Reduzieren der Stickoxide beschichtet.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der äußere Bereich des Wabenfilters mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen wird, welche die Zündung und/oder die Oxidation des Rußes bzw. der Rußpartikel unterstützt bzw. die Zündtemperatur für die Regeneration des Filters herabsetzt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein Endabschnitt vorgebbarer Länge Δl des Wabenfilters nicht beschichtet wird. Damit wird dem Problem der Veraschung Rechnung getragen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 4b näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch in der perspektivischen Darstellung einen Wabenfilter nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2a
    schematisch eine erste Ausführungsform des Systems im Längsschnitt,
    Fig. 2b
    schematisch die in Figur 2a dargestellte erste Ausführungsform des Systems im Querschnitt,
    Fig. 3a
    schematisch eine zweite Ausführungsform des Systems im Querschnitt,
    Fig. 3b
    schematisch die in Figur 3a dargestellte zweite Ausführungsform des Systems im Längsschnitt,
    Fig. 4a
    schematisch eine dritte Ausführungsform des Systems im Querschnitt, und
    Fig. 4b
    schematisch die in Figur 4a dargestellte dritte Ausführungsform des Systems im Längsschnitt.
  • Figur 1 zeigt schematisch in der perspektivischen Darstellung einen Wabenfilter 4 nach dem Stand der Technik.
  • Der als Partikelfilter und als Trägersubstrat für den Speicherkatalysator dienende Wabenfilter 4 umfasst eine Vielzahl von Kanälen 6, die wechselseitig d. h. im Schachbrettmuster verschlossen sind, so dass das Abgas in die am Einlass 7 des Wabenfilters 4 offenen Kanäle 6 einströmt und auf dem Weg zum Auslass 8 die Kanalwände dieser zum Austritt 8 hin verschlossenen Kanäle 6 durchströmen muss, um in einen Kanal 6 zu gelangen, der zum Auslass des Wabenfilters 4 hin offen ist. Die am Auslass 8 des Wabenfilters 4 verschlossenen Kanalenden tragen das Bezugszeichen 5.
  • Figur 2a zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Systems 1 im Längsschnitt. Figur 2b zeigt diese erste Ausführungsform im Querschnitt.
  • Das von Schadstoffen zu reinigende Abgas der Brennkraftmaschine tritt am Einlass 7 in das Abgasnachbehandlungssystem 1 ein, durchströmt es in Richtung der Längsachse 9 und verlässt das System 1 wieder am Auslass 8.
  • Das dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 1 bzw. System 1 weist einen Wabenfilter 4 - wie in Figur 1 illustriert - auf, der als Partikelfilter 3 fungiert und gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung eines Speicherkatalysators 2 dient.
  • Der Speicherkatalysator 2 zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) und der Partikelfilter 3 zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel sind integral als bauliche Einheit ausgebildet.
  • Dabei ist ein innerer, um die Längsachse 9 des Systems 1 angeordneter Bereich 10 des Wabenfilters 4, der infolge seiner zentralen Lage innerhalb des Systems 1 bzw. Abgasstromes schneller erwärmt werden kann, zum Speichern und Reduzieren der Stickoxide mit einem katalytischen Material 11 beschichtet, wohingegen ein äußerer Bereich 12 des Wabenfilters 4 eine derartige Beschichtung nicht aufweist.
  • Nur der innere Bereich 10 des Wabenfilters 4 fungiert - in einer Art Doppelfunktion - sowohl als Partikelfilter 3 als auch als Speicherkatalysator 2. Der äußere Bereich 12 hingegen fungiert aufgrund der fehlenden katalytischen Beschichtung lediglich als Partikelfilter 3. Eine Entschwefelung des äußeren Bereichs 12 ist folglich nicht mehr erforderlich, da dieser Bereich 12 nicht zum Speichern und Konvertieren von Stickoxiden herangezogen wird.
  • Der aus dem Stand der Technik bekannten Problematik, nämlich einerseits den äußeren Bereich 12 - insbesondere im Rahmen einer Entschwefelung - auf die erforderlichen hohen Temperaturen aufheizen zu müssen, andererseits aber den inneren Bereich 10 nicht zu überhitzen d.h. thermisch nicht zu überlasten, wird auf diese Weise Rechnung getragen.
  • Der Strömungswiderstand des äußeren Bereichs 12 ist aufgrund der fehlenden katalytischen Beschichtung zur Ausbildung eines Speicherkatalysators vergleichsweise gering. Dadurch sinkt der Abgasgegendruck. Aufgrund des geringeren Strömungswiderstands des äußeren Bereichs 12 im Vergleich zum inneren Bereich 10 wird ein größerer Teil der heißen Abgase den äußeren Bereich 12 durchströmen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich homogenere Temperaturverteilung im System 1, da auf diese Weise den Bereichen 10,12 unterschiedlich große Wärmemengen - entsprechend dem Bedarf - zugeführt werden. Die schwieriger zu erwärmenden äußeren Bereiche 12 werden mit einem größeren Abgasmassenstrom belegt. Die für die Zündung und die Oxidation des Filters 3 erforderliche hohe Temperatur von etwa 550° zum Zweck der Filterregeneration wird vergleichsweise schnell erreicht.
  • Der Wabenfilter 4 hat eine zylinderförmige Gestalt, was Vorteile bei der Erwärmung bietet. Der innere beschichtete Bereich 10 bildet einen rohrförmigen Abschnitt, der symmetrisch zur Längsachse 9 des Systems 1 ausgebildet und von dem äußeren unbeschichteten Bereich 12 umgeben ist und dessen Außendurchmesser d kleiner ist als der Außendurchmesser D des Wabenfilters 4. Für das Durchmesserverhältnis der ersten, in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform gilt: d/D ≈ 0,77.
  • Bei einer Temperaturverteilung, bei der die Temperatur im Zentrum des Systems 1 d. h. auf der Längsachse 9 den maximalen Wert annimmt und zu den äußeren Bereichen 12 hin kontinuierlich abnimmt, herrscht dann über den gesamten Umfang am Übergang vom inneren Bereich 10 zum äußeren Bereich 12 eine etwa gleichgroße Temperatur.
  • Figur 3a zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des Systems 1 im Querschnitt. Figur 3b zeigt diese zweite Ausführungsform im Längsschnitt.
  • An dieser Stelle sollen nur die Unterschiede zu der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im übrigen Bezug genommen wird auf die zuvor beschriebenen Figuren 2a und 2b und die im Zusammenhang mit diesen Figuren gemachten Ausführungen. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Bei dem in den Figuren 3a und 3b gezeigten System 1 ist ein Endabschnitt 13 vorgebbarer Länge Δ1 des Wabenfilters 4 unbeschichtet.
  • Die vom Abgas mitgeführte Asche lagert sich an den verschlossenen Enden der Eintrittskanäle des Wabenfilters 4 ab. Das anwachsende Aschedepot an den Kanalenden verkürzt die nutzbare Kanallänge zunehmend und damit auch die nutzbare Länge des Wabenfilters 4. Die von Asche bedeckte Oberfläche des Wabenfilters 4 kann weder für das Sammeln von Rußpartikeln noch zum Speichern von Stickoxiden genutzt werden. Ein Aufgetragen von katalytischem Material in diesem von Veraschung bedrohten Bereich ist daher nicht sinnvoll.
  • Figur 4a zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des Systems im Querschnitt. Figur 4b zeigt diese dritte Ausführungsform im Längsschnitt.
  • An dieser Stelle soll nur auf die Unterschiede zu der in den Figuren 3a und 3b dargestellten Ausführungsform eingegangen werden, weshalb im übrigen Bezug genommen wird auf die Figuren 3a und 3b und die im Zusammenhang mit diesen Figuren gemachten Ausführungen. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Im Unterschied zu der in den Figuren 3a und 3b dargestellten Ausführungsform weist die in den Figuren 4a und 4b gezeigte Ausführungsform einen Wabenfilter 4 mit quadratischem Querschnitt auf. Zudem hat der innere Bereich 10 ebenfalls einen quadratischen Querschnitt.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Abgasnachbehandlungssystem, System
    2
    Speicherkatalysator
    3
    Partikelfilter
    4
    Wabenfilter
    5
    Kanal
    6
    verschlossenes Kanalende
    7
    Einlass
    8
    Auslass, Austritt
    9
    Längsachse
    10
    innerer Bereich
    11
    katalytisches Material
    12
    äußerer Bereich
    13
    Endabschnitt
    AGR
    Abgasrückführung
    CO
    Kohlenmonoxid
    CO2
    Kohlenstoffdioxid
    d
    Außendurchmesser des inneren beschichteten rohrförmigen Abschnitts
    Δd
    Durchmesserdifferenz
    D
    Außendurchmesser des Wabenfilters
    deNOx
    Reinigung des Speicherkatalysators
    deSoot
    Regeneration des Partikelfilters
    deSOx
    Desulfurisation, Entschwefelung
    H2O
    Wasser
    HC
    unverbrannte Kohlenwasserstoffe
    N2
    Stickstoffdioxid
    NOx
    Stickoxide
    Δl
    Länge des unbeschichteten Endabschnitts
    l1
    Länge des beschichteten Abschnitts des Wabenfilters
    L
    Länge des Systems, Länge des Wabenfilters
    LNT
    Lean NOx Trap
    SCR
    Selective Catalytic Reduction
    SOx
    Schwefeloxide
    λ
    Luftverhältnis

Claims (11)

  1. Abgasnachbehandlungssystem (1) umfassend einen Speicherkatalysator (2) und einen Partikelfilter (3) zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, welches das Abgasnachbehandlungssystem (1) im wesentlichen in Richtung seiner Längsachse (9) durchströmt, bei dem der Speicherkatalysator (2) zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) und der Partikelfilter (3) zum Sammeln und Verbrennen der im Abgas befindlichen Rußpartikel integral als bauliche Einheit ausgebildet sind, wobei der Partikelfilter (3) ein Wabenfilter (4) ist und dieser Wabenfilter (4) gleichzeitig als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators (2) dient, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer, um die Längsachse (9) des Systems (1) angeordneter Bereich (10) des Wabenfilters (4) zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) mit einem katalytischen Material (11) beschichtet ist, wohingegen ein äußerer Bereich (12) des Wabenfilters (4) eine derartige Beschichtung nicht aufweist.
  2. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenfilter (4) von zylinderförmiger Gestalt ist und einen Außendurchmesser D aufweist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere beschichtete Bereich (10) einen rohrförmigen Abschnitt bildet, der einen Außendurchmesser d < D aufweist und von dem äußeren unbeschichteten Bereich (12) umgeben ist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: d/D > 0,5
  5. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: d/D > 0,65
  6. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: d/D > 0,85
  7. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat im wesentlichen aus Siliziumcarbid und/oder Cordierit ausgebildet ist.
  8. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat eine Porosität von 50 bis 70% aufweist.
  9. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oxidationskatalysator, insbesondere zur Oxidation des im Abgas befindlichen Kohlenmonoxides (CO) und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC), vorgesehen ist, der zusammen mit dem System (1) einen Vier-Wege-Katalysator bildet.
  10. Abgasnachbehandlungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (13) vorgebbarer Länge Δl des Wabenfilters (4) unbeschichtet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Abgasnachbehandlungssystems (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    ■ als Partikelfilter (3) ein Wabenfilter (4) eingesetzt wird,
    ■ dieser Wabenfilter (4) als Trägersubstrat zur Ausbildung des Speicherkatalysators (2) verwendet wird, wobei
    ■ ein innerer, um die Längsachse (9) des Systems (1) angeordneter Bereich (10) des Wabenfilters (4) zum Speichern und Reduzieren der im Abgas befindlichen Stickoxide (NOx) mit einem katalytischen Material (11) beschichtet wird, wohingegen ein äußerer Bereich (12) des Wabenfilters (4) unbeschichtet bleibt.
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